способ передачи синхронных телевизионных сигналов многоградационных изображений

Классы МПК:H04N7/14 системы для двухстороннего режима работы
Автор(ы):, ,
Патентообладатель(и):ООО "НИИР-Радионет" (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2004-06-11
публикация патента:

Изобретение относится к области передачи изображений и может быть использовано для одновременной передачи и приема в частотной полосе одного цифрового телевизионного сигнала изображения, N синхронных телевизионных (ТВ) сигналов многоградационных изображений, формируемых, например, с помощью ТВ-камер или других источников сигналов черно-белых, цветных, спектрозональных, объемных или иных многоградационных изображений, а также может быть использовано для одновременной записи и консервации N синхронных ТВ сигналов многоградационных изображений, и найти применение в системах видеонаблюдения, ТВ системах дистанционного зондирования поверхности Земли и мультимедийных системах передачи видеоинформации. Технический результат - обеспечение совместной передачи N синхронных аналоговых ТВ-сигналов многоградационных изображений в частотной полосе одного аналогового сигнала, преобразованного в цифровую форму. Способ передачи синхронных телевизионных сигналов многоградационных изображений, включающий на передающей стороне операции обработки и преобразования N синхронных аналоговых телевизионных сигналов в N синхронных цифровых телевизионных сигналов, путем их аналогово-цифрового преобразования, формирования цифровых сигналов синхронизации, передачу сигнала по каналу связи, а на приемной стороне осуществляются обратные операции над сигналами по сравнению с передающей стороной, в котором после формирования цифровых сигналов синхронизации осуществляют их объединение в один многоуровневый результирующий сигнал S путем цифро-аналогового преобразования N синхронных цифровых сигналов, далее многоуровневый результирующий сигнал S суммируют с сигналом синхронизации, усиливают его и передают по каналу связи, а на приемной стороне снова усиливают многоуровневый результирующий сигнал S, далее из него выделяют сигналы синхронизации и формируют тактовые и управляющие импульсы, потом выполняют операцию аналогово-цифрового преобразования многоуровневого результирующего сигнала S и формируют N синхронных цифровых ТВ сигналов в последовательном коде, после чего выполняют обратные передающей стороне операции над сигналами, а именно каждый цифровой сигнал, представленный в последовательном коде, преобразуют в параллельный n-разрядный двоичный код, затем осуществляют формирование N исходных аналоговых синхронных ТВ сигналов многоградационных изображений путем их цифро-аналогового преобразования. 2 ил., 1 табл. способ передачи синхронных телевизионных сигналов многоградационных   изображений, патент № 2267234

способ передачи синхронных телевизионных сигналов многоградационных   изображений, патент № 2267234 способ передачи синхронных телевизионных сигналов многоградационных   изображений, патент № 2267234

Формула изобретения

Способ передачи синхронных телевизионных сигналов многоградационных изображений, включающий на передающей стороне операции обработки и преобразования N синхронных аналоговых телевизионных сигналов в N синхронных цифровых телевизионных сигналов путем их аналого-цифрового преобразования, формирования цифровых сигналов синхронизации, передачу сигнала по каналу связи, а на приемной стороне осуществляются обратные операции над сигналами по сравнению с передающей стороной, отличающийся тем, что после формирования цифровых сигналов синхронизации осуществляют их объединение в один многоуровневый результирующий сигнал S путем цифроаналогового преобразования N синхронных цифровых сигналов, далее многоуровневый результирующий сигнал S суммируют с сигналом синхронизации, усиливают его и передают по каналу связи, а на приемной стороне снова усиливают многоуровневый результирующий сигнал S, далее из него выделяют сигналы синхронизации и формируют тактовые и управляющие импульсы, потом выполняют операцию аналого-цифрового преобразования многоуровневого результирующего сигнала S и формируют N синхронных цифровых ТВ сигналов в последовательном коде, после чего выполняют обратные передающей стороне операции над сигналами, а именно, каждый цифровой сигнал, представленный в последовательном коде, преобразуют в параллельный n-разрядный двоичный код, затем осуществляют формирование N исходных аналоговых синхронных ТВ сигналов много градационных изображений путем их цифроаналогового преобразования.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к области передачи изображений и может быть использовано для одновременной передачи и приема в частотной полосе одного цифрового телевизионного сигнала изображения, N синхронных телевизионных (ТВ) сигналов многоградационных изображений, формируемых, например, с помощью ТВ-камер или других источников сигналов черно-белых, цветных, спектрозональных, объемных или иных многоградационных изображений. Оно также может быть использовано для одновременной записи и консервации N синхронных ТВ сигналов многоградационных изображений, и найти применение в системах видеонаблюдения, ТВ системах дистанционного зондирования поверхности Земли и мультимедийных системах передачи видеоинформации.

Скорость передачи ТВ сигнала в цифровой форме равна произведению частоты дискретизации fd и числа двоичных символов в одном дискретном отсчете:

C=fвk, (1)

где k - число двоичных символов в кодовой комбинации одного отсчета, принимаемого равным 8, для передачи максимально возможного числа градаций яркости реально различаемых наблюдателем в изображении, т.е. m=2k=256.

С другой стороны, известно, что fdспособ передачи синхронных телевизионных сигналов многоградационных   изображений, патент № 22672342f в, где fв - верхняя граничная частота ТВ сигнала, которая в общем виде определяется как

fв=кZ2 n/2, (2)

где к - формат кадра, Z - число строк разложения, кZ 2 - общее число элементов разложения в ТВ изображении, n - число передаваемых кадров в сек.

Согласно табл.1 рассмотрим основные виды источников ТВ сигналов, у которых первичные сигналы формируются в аналоговом виде.

Таблица 1
Источники ТВ сигналовКоличество первичных аналоговых сигналов (N)Наименование аналоговых сигналовБазовая скорость передачи цифрового ТВ сигнала без сжатия (С)
Черно-белая ТВ камера1яркостной сигнал EY108 Мбит/с
Цветная ТВ камера по классической схеме - 3сигналы цветности ER, EG, Е B216 Мбит/с
Черно-белая камера объемного телевидения 2яркостной сигнал ЕY для правой и левой стереопары216 Мбит/с
Цветная камера объемного телевидения 4 или 6яркостной сигнал ЕY правой стереопары, сигналы цветности ER, ЕG, Е B левой стереопары, или сигналы цветности для правой и левой стереопары326 Мбит/с 436 Мбит/с
Спектрозональная ТВ камера 2способ передачи синхронных телевизионных сигналов многоградационных   изображений, патент № 2267234mспособ передачи синхронных телевизионных сигналов многоградационных   изображений, патент № 2267234d зональные сигналы Eспособ передачи синхронных телевизионных сигналов многоградационных   изображений, патент № 2267234способ передачи синхронных телевизионных сигналов многоградационных   изображений, патент № 2267234i от 216 Мбит/с до m×108 Мбит/с
Цветная камера ТВ высокой четкости no классической схеме - 3 сигналы цветности ER, Е G, ЕB1 Гбит/с

Для решения тех или иных задач передачи видеоинформации могут быть использованы отдельные источники ТВ сигналов, приведенные в табл.1, или совместно несколько таких источников. Общее количество первичных аналоговых сигналов при этом может быть равным N, где Nспособ передачи синхронных телевизионных сигналов многоградационных   изображений, патент № 22672342, что естественно приведет к необходимости увеличения пропускной способности каналов связи при передаче N сигналов в цифровой форме.

Известны системы и способы передачи телевизионных сигналов многоградационных изображений (US 6727935, H 04 N 7/14, 27/04.2004, DE 10249221, H 04 N 7/14, 06.05. 2004, СА 2455501. H 04 N 7/14, 2003, WO 2004030374, H 04 N 7/14, 08.04.2004). Однако указанные способы предполагают наличие широкополосного канала передачи.

Известны основные принципы построения систем цифрового телевидения и обработки сигналов, например компонентное цифровое кодирование на основе аналогового мультиплексирования сигналов, а также гибридного мультиплексирования составляющих сигналов или компонентное цифровое кодирование на основе их цифрового мультиплексирования (см. Птачек М. Цифровое телевидение: Теория и техника/Пер. с чеш. Под ред. Л.С.Виленчика. - М.: Радио и связь, 1990. - 528 с).

Известны также способы формирования, обработки и передачи цифровых ТВ сигналов, которые нашли отражение в большом числе отечественных и зарубежных публикациях, например, некоторые из них: см. Новаковский С.В., Котельников А.В. Новые системы телевидения. Цифровые методы обработки видеосигналов. - М.: Радио и связь, 1992. - 88 с., Цифровая обработка телевизионных и компьютерных изображений /Под ред. Ю.Б.Зубарева и В.П.Дворковича. - М.: Международный Центр научной и технической информации, 1997. - 212 с., Цифровое телевидение/ Под ред. Н.С.Мамаева. - М.: Горячая линия - Телеком, 2001. - 180с., Сагдуллаев Ю.С., Абдуллаев Д.А., Смирнов Основы телевизионного контроля процесса сближения космических аппаратов. Ташкент: Изд-во "ФАН" АН РУз, 1997, 127с., Распознавание оптических изображений. /Под общ. ред. Ю.С.Сагдуллаева, B.C.Титова, Ташкент, 2000 - 315 с., а также Смирнов А.В. Основы цифрового телевидения: Учебное пособие. - М.: Горячая линия - Телеком, 2001. - 224 с.: ил.). В последней работе, на стр.35 представлен вариант структурной схемы формирователя цифрового телевизионного сигнала в соответствии с Рекомендацией ITU-R ВТ 601.

В таком формирователе, показанном на фиг.1, сигналы основных цветов ER, EG, ЕB с источника телевизионных сигналов (цветной ТВ камеры) вначале поступают на гамма-корректоры (ГК), сформированные в которых сигналы E'R, E' G, Е'B в кодирующей матрице (КМ) по известным соотношениям преобразуются в сигнал яркости Е' Y и цветоразностные сигналы E'R-Y и E' B-Y. Далее эти сигналы преобразуются в АЦП в цифровые сигналы Y, CR и СB соответственно. На входах АЦП имеются дополнительные аналоговые узлы, выполняющие масштабирование и сдвиг сигналов. Число разрядов каждого АЦП, как правило, равно 8, который вырабатывает импульсы с частотами 27, 13,5 и 6,75 МГц, поступающие на другие узлы устройства. ГТИ содержит схему фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), с помощью которой обеспечивается требуемое число периодов тактовых импульсов за период строчной развертки источника телевизионных сигналов. Мультиплексор (MS) в заданной последовательности передает на выход цифровые сигналы Y, CR, СB и цифровые синхросигналы. В результате на выходе устройства оказывается сформированным цифровой телевизионный сигнал (ЦТС) в последовательном коде.

В качестве наиболее близкого аналога заявляемого изобретения по совокупности признаков и операций над сигналами принят формирователь цифровых ТВ сигналов цветных изображений, представленный на фиг.1. Для источника ТВ сигналов цветных изображений он отображает на передающей стороне следующую последовательность операций над сигналами изображений: формирование из исходных трех аналоговых ТВ сигналов основных цветов ER, EG, ЕB одного яркостного E'Y и двух цветоразностных сигналов E' R-Y и E'B-Y, далее, преобразование их в цифровую форму путем выполнения операций их аналогово-цифрового преобразования, мультиплексирование цифрового сигнала яркости Y, двух цветоразностных сигналов CR и СB и отдельно сформированных цифровых синхросигналов для их последующей передачи по каналу связи в последовательном коде. В приемной части ТВ системы - осуществляются обратные операции преобразования сигналов с формированием исходных аналоговых ТВ сигналов E R, ЕG, ЕB и сигналов синхронизации. Скорость передачи данных для конкретной ТВ системы определяется частотой дискретизации аналоговых сигналов и числом принятых разрядов при аналогово-цифровом преобразовании исходных сигналов и используемых параметров разложения изображений, формулы (1) и (2).

Рассмотренная схема обработки аналоговых сигналов для формирования цифровых ТВ сигналов и принятая последовательность операций не позволяют обеспечить совместную передачу N синхронных аналоговых ТВ сигналов многоградационных изображений в полосе частот одного аналогового сигнала, преобразованного в цифровую форму. В данном случае, если для сигнала яркости Y в цифровой форме требуется скорость передачи данных 108 Мбит/с, то добавление необходимых двух цифровых цветоразностных сигналов СR и СB требует увеличения скорости передачи данных до 216 Мбит/с, что является одним из недостатков известного способа обработки сигналов цветного телевидения.

Технический результат - обеспечение совместной передачи N синхронных аналоговых ТВ сигналов многоградационных изображений в частотной полосе одного аналогового сигнала, преобразованного в цифровую форму (в частотной полосе одного из них в цифровой форме).

Технический результат достигается тем, что в отличие от известного способа обработки нескольких аналоговых синхронных ТВ сигналов многоградационных изображений с формированием яркостного Y и двух цветоразностных сигналов CR и СB в цифровом виде путем их аналогово-цифрового преобразования, мультиплексирования цифрового сигнала яркости Y и двух цветоразностных сигналов СR и СB и отдельно сформированных цифровых синхросигналов, для их последующей передачи по линии связи в последовательном коде, в передающей стороне вместо операции мультиплексирования сигналов используют операцию их цифро-аналогового преобразования, в результате чего цифровые сигналы яркости и цветоразностные сигналы объединяют в один многоуровневый сигнал S до их передачи по каналу связи, далее многоуровневый сигнал суммируют с сигналом синхронизации, после чего его усиливают и передают по каналу связи, далее на приемной стороне усиливают многоуровневый сигнал S, выделяют синхронизирующие сигналы и осуществляют обратное аналого-цифровое преобразование многоуровневого сигнала S и формируют N исходных цифровых ТВ сигналов в последовательном коде, затем на их основе выполняют известные обратные передающей стороне операции над сигналами, а именно формируют сигналы синхронизации, каждый цифровой сигнал последовательного кода преобразуют в параллельный n-разрядный двоичный код, затем, используя их обратное цифро-аналоговое преобразование, формируют N исходных аналоговых синхронных ТВ сигналов. Введение на передающей стороне ТВ системы операции цифро-аналогового преобразования сигналов позволяет обеспечить объединение N цифровых ТВ сигналов в один многоуровневый сигнал S, a использование на приемной стороне обратной операции аналогово-цифрового преобразования многоуровневого сигнала S обеспечивает его разделение на N исходных цифровых ТВ сигналов в последовательном коде.

Использование известных операций обработки цифровых ТВ сигналов в предложенной новой последовательности и их применение в данном способе являются существенными и обеспечивают достижение поставленной цели.

Технический результат достигается за счет объединения на передающей стороне N цифровых ТВ сигналов в один многоуровневый сигнал, путем введения обработки сигналов на основе цифро-аналогового преобразования сигналов для последующей передачи его по линии связи или видеозаписи.

Для достижения указанного результата предлагается способ передачи синхронных телевизионных сигналов многоградационных изображений, включающий на передающей стороне операции обработки и преобразования N синхронных аналоговых телевизионных сигналов в N синхронных цифровых телевизионных сигналов, путем их аналогово-цифрового преобразования, формирования цифровых сигналов синхронизации, передачу сигнала по каналу связи, а на приемной стороне осуществляются обратные операции над сигналами по сравнению с передающей стороной, в котором после формирования цифровых сигналов синхронизации осуществляют их объединение в один многоуровневый результирующий сигнал S путем цифро-аналогового преобразования N синхронных цифровых сигналов, далее многоуровневый результирующий сигнал S суммируют с сигналом синхронизации, усиливают его и передают по каналу связи, а на приемной стороне снова усиливают многоуровневый результирующий сигнал S, далее из него выделяют сигналы синхронизации и формируют тактовые и управляющие импульсы, потом выполняют операцию аналогово-цифрового преобразования многоуровневого результирующего сигнала S и формируют N синхронных цифровых ТВ сигналов в последовательном коде, после чего выполняют обратные передающей стороне операции над сигналами, а именно каждый цифровой сигнал, представленный в последовательном коде, преобразуют в параллельный n-разрядный двоичный код, затем осуществляют формирование N исходных аналоговых синхронных ТВ сигналов многоградационных изображений путем их цифро-аналогового преобразования.

Так, например (см. табл.1), если необходимо передать сигналы объемного черно-белого ТВ, где число исходных аналоговых сигналов равно N=2, использование предлагаемого способа передачи позволит передать информацию объемного черно-белого ТВ в полосе частот одного аналогового сигнала в цифровой форме. Выигрыш в сокращении полосы частот для данного случая будет равным двум. В случае спектрозонального телевидения, когда число первичных зональных сигналов может быть значительно больше, выигрыш составит величину 2способ передачи синхронных телевизионных сигналов многоградационных   изображений, патент № 2267234mспособ передачи синхронных телевизионных сигналов многоградационных   изображений, патент № 2267234d.

Система передачи N синхронных ТВ сигналов многоградационных изображений (фиг.2) в полосе частот одного из них в цифровой форме, реализующая предлагаемый способ передачи N синхронных ТВ сигналов, содержит на передающей стороне (фиг.2, а) N источников ТВ-сигналов 1, синхрогенератор 2, N аналогово-цифровых преобразователей 3, N преобразователей параллельного кода в последовательный 4, цифро-аналоговый преобразователь 5, сумматор 6, усилитель 7, а на приемной стороне (фиг.2, б), усилитель 9, селектор синхронизирующих сигналов 10, генератор тактовых импульсов 11, аналогово-цифровой преобразователь 12 N преобразователей сигналов последовательного кода в параллельный 13. N цифро-аналоговых преобразователей 14, формирователь строчных и кадровых синхроимпульсов 15, N видеоконтрольных блоков 16, а также линию связи 8.

Система передачи синхронных ТВ сигналов многоградационных изображений работает следующим образом. Синхрогенератор 2 формирует необходимые строчные и кадровые синхронизирующие импульсы для синхронной работы N источников ТВ сигналов 1, а также формирует необходимые тактовые импульсы для работы N аналого-цифровых преобразователей 3 и N преобразователей кода 4, на выходах которых образуются цифровые ТВ сигналы, представленные в последовательном двоичном коде. Данные сигналы (в виде логического "0" или "1") поступают на входы 1,...j,...N цифро-аналогового преобразователя 5, который на выходе формирует соответствующий уровень сигнала, в зависимости от значений сигнала на его N входах. Рассмотрим случай, когда число источников ТВ сигнала равно N=3. В этом случае на выходе цифро-аналогового преобразователя 5 будет сформировано 2N значений выходного сигнала.

Возможные сочетания сигналов на входе ЦАПУровни сигнала на выходе ЦАП
00 0U1
10 0U2
01 0U3
11 0U4
00 1U5
10 1U6
01 1U7
11 1U8

Выходной сигнал цифро-аналогового преобразователя 5 через сумматор 6 и усилитель 7 поступает на вход линии связи 8. Сигналы синхронизации, формируемые синхрогенератором 2, суммируются по времени с многоуровневым результирующим сигналом, поступающим с выхода ЦАП. Многоуровневый результирующий сигнал с выхода линии связи 8 после соответствующего усиления во втором усилителе 9 поступает на вход селектора синхронизирующих сигналов 10, а также на вход аналогово-цифрового преобразователя 12, в котором многоуровневый сигнал преобразуется в N цифровых сигналов, представленных в последовательном двоичном коде. Для рассмотренного выше примера, когда N=3

Уровни сигнала на входе АЦП Сигналы на выходе АЦП
U 100 0
U2 10 0
U3 01 0
U4 11 0
U5 00 1
U6 10 1
U7 01 1
U8 11 1

Сигналы с выходов аналогово-цифрового преобразователя 12 поступают на входы преобразователей последовательного кода в параллельный 131,...13j,...13N , выходные сигналы с которых поступают на соответствующие входы цифро-аналоговых преобразователей 141,...14j, ...14N, на выходе которых формируются исходные N аналоговых синхронных ТВ сигналов многоградационных изображений, которые далее подаются на информационные входы видеоконтрольных блоков 161,...16j,...16N.

Сигнал с выхода селектора синхронизирующих сигналов 10 поступает на вход генератора тактовых импульсов 11, который формирует необходимые тактовые и управляющие импульсы с заданной частотой следования, которые поступают на второй вход аналогово-цифрового преобразователя 12, на второй вход преобразователей последовательного кода в параллельный 131,...13j,...13N , а также сигнал со второго выхода селектора 10 поступает на вход формирователя строчных и кадровых синхроимпульсов 15, с выхода которого синхроимпульсы поступают на второй и третий вход видеоконтрольных блоков 161,...16j,...16 N.

Принцип действия и подробное описание работы отдельных узлов и блоков данной системы, связанных с получением и обработкой ТВ сигналов, преобразовании их в цифровую форму, синхронизации и развертки, передачи и отображения видеоинформации можно найти в соответствующих разделах книги: Телевидение: Учебник для вузов/ В.Е.Джакония, А.А.Гоголь, Я.В.Друзин и др.; Под ред. В.Е.Джаконии. - М.: Радио и связь, 2000, 640 с.: ил.

Класс H04N7/14 системы для двухстороннего режима работы

способ и система для создания мультимедийной службы -  патент 2519511 (10.06.2014)
устройство обработки информации, способ обработки информации и носитель записи, на котором сохранена компьютерная программа -  патент 2500081 (27.11.2013)
система для рекурсивного восстановления потокового интерактивного видео -  патент 2493583 (20.09.2013)
композиция локального интерфейса пользователя с удаленно сгенерированным интерфейсом пользователя и аудиовизуальными данными -  патент 2437141 (20.12.2011)
способ интерфейсной адаптации телевизионного межсетевого протокола с устройством хранения данных потока данных -  патент 2407170 (20.12.2010)
способ синхронного воспроизведения интерактивных данных -  патент 2400940 (27.09.2010)
внедрение сообщения описания сеанса в сообщение протокола управления передачей в реальном масштабе времени (rtcp) -  патент 2372647 (10.11.2009)
видеотелефонная система, устройство автономной базовой станции, телевизионная абонентская приставка и способ видеотелефонной связи -  патент 2359424 (20.06.2009)
способ передачи цифровых услуг по сети и устройство, осуществляющее способ -  патент 2353069 (20.04.2009)
способ и система осуществления видеоконференций -  патент 2321183 (27.03.2008)
Наверх